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Hallenabluftreinigungsanlage
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dass der Reinigungseffekt der Anlage nicht nur in bezug auf schädliche Gase, sondern auch in bezug auf feinste Staubpartikel und Teer gegenüber bekannten Hallenabluftreinigungsanlagen sehr stark erhöht wird.
Trotz der vielen bekannten Sprüh- und Filteranlagen war es bisher in Aluminium-Hütten nicht möglich, die fluorhaltigen Abgase so zu reinigen, dass keine Schäden an den umliegenden Kulturen und der
Viehhaltung auftraten. Erst nach langwierigen und kostspieligen Untersuchungen konnten mit dem Einbau von erfindungsgemässen Reinigungsanlagen die Fluorschäden erfolgreich gesenkt werden.
Eine bevorzugte Anlage gemäss der Erfindung umfasst zwei oder mehr im höchsten Teil des Hallen- daches, z. B. im First, eingebaute, teilweise über das Hallendach hinausragende Schächte oder einen durch das ganze Hallendach durchgehenden Schacht sowie unter den Schächten bzw. dem Schacht ange- ordnete Sammelbecken für das ablaufende Sprühwasser bzw. die ablaufende Adsorptionslösung. Im unte- ren Teil der Schächte befindet sich die Sprühkammer, in ihrem oberen Teil ein oder mehrere mechani- sche Filter (unter den Begriff "mechanische Filter" fallen hier die mechanisch wirkenden Filter, also nicht
Elektrofilter). Auf die Schächte sind Kamine runden Querschnittes, vorzugsweise zylindrische Kamine, aufgesetzt, deren Höhe nicht gross zu sein braucht.
Es genügt in vielen Fällen, wenn das Verhältnis der
Höhe des Kamines zu seinem Durchmesser bzw. mittlerem Durchmesser etwa 1 : 2 beträgt. Der Kamin kann beispielsweise die Gestalt eines Ventilatorlaufringes haben. In diese Kamine ist je ein Axiallüfter mit vertikaler Achse eingebaut, dessen Flügel praktisch den gesamten lichten Querschnitt des Kamins be- streichen, die Axiallüfter bewirken, dass die mit Abgasen und Rauch verunreinigte, durch thermischen
Auftrieb nach oben geführte Hallenluft mit hoher Geschwindigkeit aus den Kaminen ausströmt. Die Öff- nungen für den Eintritt der verunreinigten Hallenluft in die Schächte befinden s ich in deren unterem Teil, vorzugsweise an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Sprühkammer.
Durch Aufsetzen eines ko- nischen, nach oben sich erweiternden Trichters lässt sich der Energiebedarf für den Betrieb des Lüftermo- tors bei gegebener Strömungsgescliwindigkeit im Schacht etwas herabsetzen.
In den seitlichen Eintrittsöffnungen der Sprühkammer können die ganze Öffnung ausfüllende mecha- nische Filter oder Elektrofilter zur Vorreinigung der Luft von Staub und/oder nebelförmigen Bestandteilen angeordnet sein. Unter dem Begriff Elektrofilter sind alle Arten von elektrostatischen Filtern zu verstehen, darunter auch die aus Vorionisatoren und von diesen getrennten, nachgeschalteten Plattenelementen be- stehenden Filter.
Im Filterraum oben im Schacht sind eine oder mehrere Lagen von mechanischen Filtern horizontal angebracht, die z. B. aus säurebeständigem Kunststoffgewebe bestehen, das auf Rahmen gespannt ist.
Handelt es sich um zwei oder mehr Filter, so können seitlich an den Schachtwänden zwischen zwei über- einander angeordneten Filtern Sprühdüsen vorgesehen werden, aus denen die Filter mit Wasser besprüht werden. Sind mehr als zwei Filterlagen angeordnet, so können selbstverständlich in mehr als einem der durch sie gebildeten Teilräume Sprühdüsen vorgesehen sein ; bei fünf Filterlagen z. B. können ein, zwei, drei oder vier Teilräume mit Sprühdüsen versehen sein.
In der Sprühkammer sind eine oder mehrere Reihen von nach oben gerichteten Sprühdüsen angeordnet, aus denen Wasser oder eine Adsorptionslösung unter Druck versprüht wird. Die Richtung des Sprühwassers in der Sprühkammer soll grundsätzlich die gleiche sein wie die Richtung des Luftstromes, also von unten nach oben, wodurch der thermische Auftrieb der Gase durch eine Art Injektorwirkung unterstützt wird.
Unten, vorzugsweise an beiden zum Dachfirst bzw. zum höchsten Teil des Daches parallelen Seiten der
Sprühkammer, befinden sich die Eintrittsöffnungen für die mit Abgasen aus den Öfen vermischte, nach oben strömende Luft.
Die Höhe des Filterraumes soll mindestens das 0, 4-fache und höchstens das 1, 5-fache, vorzugsweise das 0, 45- bis 0, 9-fache der Höhe der Sprühkammer betragen. Als Höhe der Sprühkammer gilt hiebei der
Abstand von der oberen Kante der Eintrittsöffnungen zum untersten Filter.
Der waagrechte Querschnitt des Sprühkammer-und Filterraum enthaltenden Schachtes soll mindestens 5-mal, höchstens 25-mal, vorzugsweise 10-bis 17-mal so gross sein wie der Querschnitt des runden, auf den Schacht aufgesetzten, mit einem Axiallüfter versehenen Kamins, aus dem die gereinigte Hallenabluft entweicht. Der Reinigungsschacht wird im Querschnitt vorzugsweise rechteckig ausgeführt. Als Schacht- querschnitt ist der Querschnitt jenes Raumes anzusehen, der den Bereich der Luftströmung umschliesst, die vom Axiallüfter oberhalb des Filterraumes erfasst wird.
Wenn es sich um Reinigungsschächte handelt, die parallel zum Dachfirst eine grosse Länge haben, können auf diese Schächte zur Einhaltung des angegebenen Querschnittsverhältnisses zwei oder mehr Kamine mit Axiallüftern aufgesetzt werden, wobei für jeden Kamin das angegebene Querschnittsverhältnis zwischen dem Kamin und dem vom Dachlüfter beherrschten Filter- und Sprühkammerraum gilt.
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Der gesamte Querschnitt der Lufteintrittsöffnungen eines Schachtes soll vorzugsweise 1,'5 - 4/5 des waagrechten Schachtquerschnittes betragen, gleichgültig, ob mechanische Filter oder Elektrofilter eingebaut sind oder nicht. Er muss so gewählt werden, dass die Luftgeschwindigkeit in den Eintrittsöffnungen und im Kamin ein Austreten des Sprühflüssigkeitsnebels verhindert.
Folgendes Beispiel veranschaulicht die Erfindung :
In einer Halle sind zwei parallele Reihen von je siebzehn offenen Aluminjumelektrolyseöfen mit einer Stromstärke von je 37 000 A installiert. Das Luftvolumen der Halle beträgt 22 000 m\ ihre Länge 130 m.
Im Dachfirst sind in einer Reihe drei Luftreinigungsschachtanlagen aus je fünf zusammengefassten Einzelschächten mit Sprühkammer und darüber angeordneten drei Rahmen mit mechanischen Doppelfiltern aus Polyvinylchloridgewebe waagrecht angeordnet. Zwischen dem mittleren und dem unteren Filterrahmen sind an den Seitenwänden des Schachtes Sprühdüsen eingebaut, mit deren Hilfe das mittlere und das untere Filter besprüht werden. Jede Reinigungsschachtanlage hat eine lichte Weite von 4 m und eine lichte Länge von 25 m, jeder Einzelschacht infolgedessen eine lichte Länge von 5 m.
In den seitlichen, rechteckigen, auf beiden zum Hallenfirst parallelen Seiten eines jeden Einzelschachtes angeordneten, 1, 2 m hohen Eintrittsöffnungen zur Sprühkammer sind Elektrofilter eingebaut, welche den ganzen lichten Querschnitt der Eintrittsöffnungen einnehmen und dazu dienen, eine Vorreinigung der in die SprUhkammer eintretenden Luft von Staub und Teer zu bewirken.
Auf die Luftreinigungsschächte sind je fünf 0, 7 m hohe zylindrische Kamine von 1, 4 m lichtem Durchmesser aufgesetzt, in denen Axiallüfter mit einer Leistung von je 60000 m3/h angeordnet sind. Die Axiallüfter erzeugen einen Sog von nur etwa 5 mm Wassersäule ; dieser reicht aus, um in Verbindung mit dem thermischen Auftrieb einen stabilen, von den Witterungsverhältnissen unabhängigen Luftwechsel in der Halle zu sichern. Die drei Reinigungsschachtanlagen werden somit in der Stunde von 3. 5. 60000 mus, also von 900000 m3 Hallenabluft durchströmt, die nach Reinigung in Elektrofilter, Sprühkammer und Filterraum durch die Axiallüfter mit einer Austrittsgeschwindigkeit von zirka 14 m/sec ins Freie befördert wird.
Die Luft in der Halle wird demnach stündlich etwa 40-mal erneuert.
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des Schachtes ist also 13-mal so gross wie der Kaminquerschnitt.
Die Höhe des Filterraumes beträgt 1, 80 m und die Höhe der Sprühkammer, vom oberen Rand der seitlichen Lufteintrittsöffnungen bis zum unteren Filter gemessen, 3, 30 m. In dem betrachteten Fall macht also die Höhe des Filterraumes ungefähr das 0, 55-fache der Höhe der Sprühkammer aus.
Der gesamte freie Querschnitt der Elektrofilter ist bei der Berechnung des Querschnittes der Lufteintrittsöffnungen in Rechnung zu stellen. Rahmen, Drähte und Platten der Elektrofilter müssen berücksichtigt, d. h. in Abzug gebracht werden.
Die Luftgeschwindigkeit im freien Querschnitt der Elektrofilter, welche gleichzeitig die Eintrittsöffnungen zur Sprühkammer bilden, beträgt etwa 2, 0 m/sec, die Geschwindigkeit der in der Sprühkammer aufströmenden Luft etwa 0, 85 m/sec.
In jeder der drei Luftreinigungsschachtanlagen werden etwa 25 ms Wasser/h versprüht. Die Austrittsgeschwindigkeit der Wassertropfen aus den Düsen beträgt etwa 4, 75 m/sec.
Die Flügel des Axiallüfters sind in einem Abstand von 4 bis 5 cm von der Unterkante des Kamins eingebaut.
In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Hallenab- luftreinigungsanlage schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Luftreinigungsschacht 1 mit Sprühkammer 2, Filterraum 3 und Kamin 4, Fig. 2 den gleichen Schacht, jedoch mit Elektrofilter 5 in den Eintrittsöffnungen 6 zur Sprühkammer 2.
Bei beiden Ausführungen hat die Sprühkammer 2 eine Höhe von 2, 4 m und einen Querschnitt von 4, 5 m, wobei der gegenseitige Abstand der mit den Eintrittsöffnungen 6 versehenen Wände 4 m beträgt.
DieEintrittsöffnungen 6 befinden sich in der Höhe der geneigten Hallendecke 7 ; sie haben eine Höhe von 1, 2 m und eine Länge von 5 m. Mit 8 ist das Hallendach bezeichnet. In der Sprühkammer 2 sind DUsen 9 in zwei Reihen angeordnet. Die mit 10 angedeuteten Wasserstrahlen haben ungefähr die gleiche Bewegungsrichtung wie die Hallenluft in der Sprühkammer 2. Die heruntertropfende Flüssigkeit sammelt sich im Sammelbecken 11, das mit nicht dargestellten Ablaufröhren versehen ist. Der Filterraum 3 ist 2, 7 m hoch, hat im wesentlichen gleichen Querschnitt wie die Sprühkammer 2 und ist mit mechanischen Filtern 12,13, 14, 15 und 16 versehen, die je aus einem Rahmen bestehen, der beidseitig mit Polyvinylchloridgewebe bespannt ist.
Auf beiden Längsseiten des Filterraumes ist zwischen den Filtern 14 und 15 eine
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Reihe von Flachstrahldüsen 17 angeordnet, durch welche Wasser ungefähr horizontal versprüht wird. Im
Kamin 4, der einen kreisrunden Querschnitt, einen Innendurchmesser von 1, 4 m und eine Höhe von 0, 7 m hat, ist ein Axiallüfter 18 eingebaut, der von einem Elektromotor 19 angetrieben wird. In den schema- tischen Zeichnungen sind die Befestigungseinrichtungen für die Düsen 9 und 17 sowie für den Motor 19 nicht dargestellt.
Die durch die Luftreinigungsschächte nach oben strömende Hallenluft enthält vor ihrem Eintritt in die
Reinigungsanlage nur jeweils wenige mg/Nm3 fluorhaltige Gase und Teer und einige mg/Nm3 Staub.
Trotz der ausserordentlich grossen Luftmenge, die durch die Reinigungsschächte 1 hindurchgeht, gelingt es mit der beschriebenen Anordnung, eine Reinigung der Hallenabluft von den genannten Bestandteilen mit einem Wirkungsgrad von HO % und darüber zu erzielen.
Die günstige Wirkungsweise der Hallenabluftreinigungsanlage gemäss der Erfindung lässt sich wie folgt erklären.
Dadurch, dass der Querschnitt der Luftaustrittsöffnung gegenüber dem Schachtquerschnitt stark verengt ist, ist die Luftgeschwindigkeit im Filterraum lotrecht unterhalb des Axiallüfters sehr viel grösser als in den Randzonen dieses Raumes ; in den Randzonen bilden sich daher Luftwirbel aus, durch die Sprühwasser aus der Sprühkammer fortwährend nach oben geschleudert wird ; sowohl infolge der hohen Luftgeschwin- digkeit im Inneren des Filterraumes als auch infolge der seitlichen Luftwirbel werden die Gewebefilter fortlaufend stark besprüht, so dass ein zusammenhängender Wasserfilm die Gewebe überzieht. Durch die
Anordnung seitlicher Sprühdüsen zwischen den Filtern wird diese Besprühung der Filter noch verstärkt.
Die seitliche Besprühung allein reicht jedoch nicht aus, um den erwähnten Wasserfilm auf den Gewebefiltern zu erhalten. Als Randzonen sind hier alle peripheren Räume zu verstehen, die um jenen Raum liegen, der von der durch den Axiallüfter erzeugten Luftströmung erfüllt ist.
Beim Durchtritt durch die in der beschriebenen Weise befeuchteten Filter wird die Luft durch den
Wasserfilm von Wassertröpfchen und von den restlichen Staubpartikeln sowie auch von Teertröpfchen, die sich aus dem Teerdampf der Hallenluft durch Abkühlung in der Sprühkammer gebildet haben, befreit. Bei Anordnung von Elektrofiltern in den Eintrittsöffnungen zu den Sprühkammem erfolgt bereits eine weitgehende Vorreinigung der Hallenluft von Staub und Teer vor deren Eintritt in die Sprühkammer. In diesem Fall wird die durch die Filter durchströmende Luft von den letzten Resten der genannten Bestandteile, hauptsächlich von den darin enthaltenen Wassertröpfchen, weitestgehend befreit.
Der Querschnitt des Filterraumes entspricht vorteilhaft flächen-und gestaltmässig im wesentlichen dem Querschnitt der Sprühkammer. Die durch die stündlich abgesaugte Luftmenge und durch den Querschnitt des Sprühraumes gegebene Luftgeschwindigkeit darf zwecks Erzielung günstiger Reinigungs- und Adsorptionsverhältnisse ein gewisses Mass nicht überschreiten, das wieder in einem gewissen Verhältnis zu der Geschwindigkeit der Wassertröpfchen stehen muss, die aus den in der Sprühkammer angeordneten Sprühdüsen nach oben geschleudert werden. Beim Austritt aus den Sprühdüsen weisen die Wassertröpfchen eine vielfach höhere Geschwindigkeit auf als der Luftstrom, in den sie etwa in gleichem Richtungssinn geschleudert werden.
Solange die Geschwindigkeit der Tröpfchen noch grösser ist als diejenige des Luftstromes, wird durch die Wassertröpfchen im wesentlichen ein Niederschlag der im Luftstrom enthaltenen Staubpartikel erfolgen. Je weiter sich die Wassertröpfchen aus dem Bereich der Sprühdüsen entfernt haben, desto mehr wird sich ihre Geschwindigkeit vermindern, bis sie die gleiche Geschwindigkeit wie der Luftstrom haben, um dann nach weiterer Geschwindigkeitsverminderung in das Sammelbecken herabzufallen. Die Kontaktzeit zwischen Luftstrom und Wassertröpfchen, während der beide etwa die gleiche Geschwindigkeit aufweisen, soll möglichst gross sein, weil hauptsächlich in dieser Zeit die Absorption der wasserlöslichen Gase durch die Tröpfchen und damit die Reinigung der Luft von schädlichen Abgasen erfolgt ; diese Kontaktzeit wird durch die Wirbel verlängert.
Bei dem erfindungsgemässen Verhältnis des Filterraumes zur Höhe der Sprühkammer tritt nun nicht nur im Filterraum eine gewisse Luftwirbelbildung in den Randzonen auf, vielmehr pflanzen sich diese Luftwirbel auch in den oberen Teil der Sprühkammer fort und bewirken hier eine innige Durchwirbelung des Luftstromes mit den Wassertröpfchen des Sprühnebels. Im oberen Teil der Sprühkammer tritt demnach eine Wirkung auf, die etwa der Wirkung eines Rohrwerkes entspricht. Dadurch wird der Auswascheffekt gegenüber den im Luftstrom enthaltenen wasserlöslichen Gasen bedeutend verbessert und der Wirkungsgrad der Sprühkammer erhöht. Dagegen soll der Wasserstrahl im Bereich der Sprühdüse durch diese Luftwirbel möglichst nicht gestört werden, damit dessen Injektorwirkung erhalten bleibt.
Nur bei Einhaltung des angegebenen Höhenverhältnisses wird erreicht, dass die Injektorwirkung im unteren Teil der Sprühkammer erhalten bleibt und in diesem Teil keine Durchwirbelung des Wasserstrahles mit der Luft erfolgt.
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Die in den Austrittsöffnungen angebrachten Axiallüfter bewirken eine Stabilisierung der im Reini- gungsschacht herrschenden Luftströmungsverhältnisse und schliessen damit weitgehend die Wirkung von wechselnden Witterungsbedingungen aus. Da die Axiallüfter lediglich eine Stabilisierung des Luftwechsels in der Halle in Verbindung mit dem thermischen Auftrieb bewirken sollen, braucht der von ihnen be- wirkte Sog nicht gross zu sein und die Motorenleistung der Lüfter bleibt in tragbaren Grenzen.
Schliesslich bietet die Anordnung von Kaminen mit darin eingebauten Axiallüftem auf den Reini- gungsschächten noch folgenden Vorteil :
Bei nach oben offenen Schächten, die ohne Ventilatoren arbeiten, tritt die noch restliche Rauchgase enthaltende Abluft aus der Fabrikhalle in zusammenhängenden Qualmwolken aus. Diese Qualmwolken können unter Umständen erheblichen landwirtschaftlichen Schaden anrichten. Bei Vorhandensein von
Axiallüftem wird dagegen die noch sehr geringe Menge von Verunreinigungen aufweisende Abluft mit grosser Geschwindigkeit in die Höhe befördert und sie verteilt sich ohne Wolkenbildung in der Atmosphäre.
PATENTANSPRÜCHE : l. Im Dach eingebaute Hallenabluftreinigungsanlage mit einem Sprtihkammer- und Filterraum auf- weisenden, teilweise über das Hallendach hinausragenden Schacht, insbesondere für Hallen mit Alu- miniumelektrolyseöfen, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des vorzugsweise im Querschnitt rechteckigen Schachtes'als Sprühkammer mit nach oben gerichteten Sprühdüsen und dessen Boden als
Sammelbecken mit Ablaufvorrichtung ausgebildet und unten mit seitlichen Lufteintrittsöffnungen ver- sehen ist, dass der obere Teil des Schachtes, der im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die Sprüh- kammer hat, als Filterraum ausgebildet ist und mindestens ein waagrecht angeordnetes, den ganzen lichten Querschnitt einnehmendes, aus einem Gewebe bestehendes Filter aufweist,
dass auf den Schacht ein Kamin aufgesetzt ist, in dessen unterem Ende ein horizontaler Axiallüfter mit vertikaler Achse ein- gebaut ist, dass die Höhe des Filterraumes mindestens das 0, 4-fache und höchstens das 1, 5-fache der
Höhe der Sprühkammer beträgt und dass der waagrechte Querschnitt des Sprühkammer- und Filterraum enthaltenden Schachtes mindestens 5-mal und höchstens 25-mal so gross ist wie der Querschnitt des
Kamins, wobei als Schachtquerschnitt der Querschnitt des Raumes anzusehen ist, der den Bereich der
Luftströmung umschliesst und vom Axiallüfter oberhalb des Filterraumes erfasst wird.
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Hall exhaust air purification system
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that the cleaning effect of the system is increased not only with regard to harmful gases, but also with regard to the finest dust particles and tar compared to known hall exhaust air cleaning systems.
Despite the many well-known spraying and filtering systems, it was previously not possible in aluminum huts to clean the fluorine-containing exhaust gases in such a way that no damage to the surrounding crops and the
Livestock farming occurred. Only after lengthy and costly investigations could the fluorine damage be successfully reduced with the installation of cleaning systems according to the invention.
A preferred system according to the invention comprises two or more in the highest part of the hall roof, e.g. B. in the ridge, built-in shafts partially protruding over the hall roof or a shaft running through the entire hall roof as well as collecting basins arranged under the shafts or the shaft for the running off spray water or the running off adsorption solution. The spray chamber is located in the lower part of the shafts, and one or more mechanical filters are located in its upper part (the term “mechanical filters” does not include the mechanically acting filters here
Electrostatic precipitator). Chimneys with a round cross-section, preferably cylindrical chimneys, the height of which need not be great, are placed on the shafts.
In many cases it is sufficient if the ratio of
Height of the chimney to its diameter or mean diameter is about 1: 2. The chimney can, for example, have the shape of a fan raceway. An axial fan with a vertical axis is built into each of these chimneys, the blades of which cover practically the entire clear cross-section of the chimney. The axial fans cause the one contaminated with exhaust gases and smoke by thermal means
Buoyancy upwardly guided hall air flows out of the chimneys at high speed. The openings for the entry of the polluted hall air into the shafts are located in their lower part, preferably on two opposite sides of the spray chamber.
By fitting a conical funnel that widens towards the top, the energy requirement for operating the fan motor can be reduced somewhat at a given flow rate in the shaft.
Mechanical filters or electrostatic filters, which fill the entire opening, can be arranged in the lateral inlet openings of the spray chamber for pre-cleaning the air of dust and / or fog-like constituents. The term electrostatic precipitator is to be understood as meaning all types of electrostatic filters, including filters consisting of pre-ionizers and downstream plate elements separated from them.
In the filter room at the top of the shaft, one or more layers of mechanical filters are mounted horizontally. B. consist of acid-resistant plastic fabric, which is stretched on the frame.
If there are two or more filters, spray nozzles can be provided on the side of the shaft walls between two filters arranged one above the other, from which the filters are sprayed with water. If more than two filter layers are arranged, spray nozzles can of course be provided in more than one of the sub-spaces formed by them; with five filter layers z. B. one, two, three or four sub-spaces can be provided with spray nozzles.
In the spray chamber, one or more rows of upwardly directed spray nozzles are arranged, from which water or an adsorption solution is sprayed under pressure. The direction of the spray water in the spray chamber should basically be the same as the direction of the air flow, i.e. from bottom to top, whereby the thermal lift of the gases is supported by a kind of injector effect.
Below, preferably on both sides parallel to the ridge or the highest part of the roof
Spray chamber, are the inlet openings for the air mixed with the exhaust gases from the ovens and flowing upwards.
The height of the filter space should be at least 0.4 times and at most 1.5 times, preferably 0.45 to 0.9 times the height of the spray chamber. The height of the spray chamber applies here
Distance from the upper edge of the inlet openings to the lowest filter.
The horizontal cross-section of the shaft containing the spray chamber and filter space should be at least 5 times, at most 25 times, preferably 10 to 17 times as large as the cross-section of the round chimney, fitted with an axial fan and fitted on the shaft, from the the cleaned exhaust air from the hall escapes. The cleaning shaft is preferably designed to be rectangular in cross section. The cross section of the space that encloses the area of the air flow that is captured by the axial fan above the filter space is to be regarded as the shaft cross section.
In the case of cleaning shafts that have a long length parallel to the roof ridge, two or more chimneys with axial fans can be placed on these shafts in order to maintain the specified cross-section ratio, with the specified cross-sectional ratio between the chimney and the filter controlled by the roof fan for each chimney - and spray chamber space applies.
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The total cross-section of the air inlet openings of a shaft should preferably be 1.5-4/5 of the horizontal shaft cross-section, regardless of whether mechanical filters or electrostatic filters are installed or not. It must be selected so that the air speed in the inlet openings and in the chimney prevents the spray liquid mist from escaping.
The following example illustrates the invention:
Two parallel rows of seventeen open aluminum electrolysis furnaces each with a current of 37,000 A are installed in one hall. The air volume of the hall is 22,000 m \ its length 130 m.
In the roof ridge, three air purification shaft systems, each consisting of five combined individual shafts with a spray chamber and above three frames with mechanical double filters made of polyvinyl chloride fabric, are arranged horizontally. Spray nozzles are installed on the side walls of the shaft between the middle and lower filter frames, with the aid of which the middle and lower filters are sprayed. Each cleaning shaft system has a clear width of 4 m and a clear length of 25 m, each individual shaft consequently has a clear length of 5 m.
In the lateral, rectangular, 1.2 m high inlet openings to the spray chamber, arranged on both sides of each individual shaft parallel to the roof ridge, built-in electrostatic precipitators occupy the entire clear cross section of the inlet openings and serve to pre-clean the air entering the spray chamber from Effect dust and tar.
On each of the air purification shafts, five 0.7 m high cylindrical chimneys with a clear diameter of 1.4 m are placed, in which axial fans with a capacity of 60,000 m3 / h are arranged. The axial fans generate a suction of only about 5 mm water column; this is sufficient to ensure, in conjunction with the thermal lift, a stable air exchange in the hall that is independent of the weather conditions. The three cleaning shaft systems are thus flowed through in the hour from May 3, 60,000 mus, i.e. 900,000 m3 of exhaust air from the hall, which after cleaning in the electrostatic precipitator, spray chamber and filter room is conveyed to the outside by the axial fan at an exit speed of around 14 m / sec.
The air in the hall is therefore renewed around 40 times an hour.
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the shaft is 13 times as large as the chimney cross-section.
The height of the filter space is 1.80 m and the height of the spray chamber, measured from the upper edge of the side air inlet openings to the lower filter, is 3.30 m. In the case under consideration, the height of the filter space is approximately 0.55 times the height of the spray chamber.
The total free cross-section of the electrostatic precipitator has to be taken into account when calculating the cross-section of the air inlet openings. The frames, wires and plates of the electrostatic precipitators must be taken into account, i.e. H. be deducted.
The air speed in the free cross-section of the electrostatic precipitator, which at the same time form the inlet openings to the spray chamber, is about 2.0 m / sec, the speed of the air flowing up in the spray chamber about 0.85 m / sec.
In each of the three air cleaning shaft systems, around 25 ms of water / h are sprayed. The exit speed of the water droplets from the nozzles is about 4.75 m / sec.
The blades of the axial fan are installed at a distance of 4 to 5 cm from the lower edge of the chimney.
In FIGS. 1 and 2 of the drawing, two exemplary embodiments of the hall exhaust air cleaning system according to the invention are shown schematically. 1 shows in cross section an air cleaning duct 1 with a spray chamber 2, filter space 3 and chimney 4, and FIG. 2 shows the same duct, but with an electrostatic filter 5 in the inlet openings 6 to the spray chamber 2.
In both embodiments, the spray chamber 2 has a height of 2.4 m and a cross section of 4.5 m, the mutual distance between the walls provided with the inlet openings 6 being 4 m.
The entry openings 6 are at the level of the sloping hall ceiling 7; they have a height of 1.2 m and a length of 5 m. The hall roof is designated with 8. In the spray chamber 2, nozzles 9 are arranged in two rows. The water jets indicated by 10 have approximately the same direction of movement as the hall air in the spray chamber 2. The liquid dripping down collects in the collecting basin 11, which is provided with drainage pipes, not shown. The filter space 3 is 2.7 m high, has essentially the same cross-section as the spray chamber 2 and is provided with mechanical filters 12, 13, 14, 15 and 16, each consisting of a frame which is covered on both sides with polyvinyl chloride fabric.
On both long sides of the filter space between the filters 14 and 15 is a
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Row of flat jet nozzles 17 arranged through which water is sprayed approximately horizontally. in the
Chimney 4, which has a circular cross-section, an inside diameter of 1.4 m and a height of 0.7 m, has an axial fan 18 installed, which is driven by an electric motor 19. The fastening devices for the nozzles 9 and 17 and for the motor 19 are not shown in the schematic drawings.
The hall air flowing up through the air cleaning shafts contains before it enters the
Cleaning system only a few mg / Nm3 fluorine-containing gases and tar and a few mg / Nm3 dust.
Despite the extraordinarily large amount of air that passes through the cleaning shafts 1, it is possible with the described arrangement to clean the exhaust air from the hall with an efficiency of HO% and above.
The favorable mode of operation of the hall exhaust air cleaning system according to the invention can be explained as follows.
Because the cross section of the air outlet opening is greatly narrowed compared to the shaft cross section, the air speed in the filter space perpendicular below the axial fan is very much greater than in the edge zones of this space; In the edge zones, therefore, air eddies form, through which the spray water is continuously thrown upwards from the spray chamber; Both as a result of the high air speed in the interior of the filter space and as a result of the lateral air turbulence, the fabric filters are continuously and heavily sprayed so that a coherent water film covers the fabric. Through the
The arrangement of side spray nozzles between the filters intensifies this spraying of the filters.
However, spraying from the side alone is not enough to maintain the mentioned water film on the fabric filters. Edge zones are to be understood here as all peripheral spaces that are located around the space that is filled by the air flow generated by the axial fan.
When passing through the filter moistened in the manner described, the air is through the
The water film is freed from water droplets and from the remaining dust particles as well as from tar droplets that have formed from the tar vapor in the hall air through cooling in the spray chamber. When electrostatic precipitators are arranged in the inlet openings to the spray chambers, the hall air is largely pre-cleaned to remove dust and tar before it enters the spray chamber. In this case, the air flowing through the filter is largely freed from the last remains of the components mentioned, mainly from the water droplets contained therein.
The cross-section of the filter space advantageously corresponds in terms of area and shape essentially to the cross-section of the spray chamber. In order to achieve favorable cleaning and adsorption conditions, the air speed given by the amount of air sucked off every hour and by the cross section of the spray chamber must not exceed a certain level, which again has to be in a certain ratio to the speed of the water droplets coming from the spray nozzles arranged in the spray chamber be thrown upwards. When exiting the spray nozzles, the water droplets have a speed many times higher than the air flow into which they are thrown in roughly the same direction.
As long as the speed of the droplets is still greater than that of the air flow, the water droplets will essentially precipitate the dust particles contained in the air flow. The further the water droplets have moved from the area of the spray nozzles, the more their speed will decrease until they have the same speed as the air flow, and then, after further decrease in speed, fall down into the collecting basin. The contact time between the air flow and water droplets, during which both have approximately the same speed, should be as long as possible, because it is mainly during this time that the water-soluble gases are absorbed by the droplets and thus the air is cleaned of harmful exhaust gases; this contact time is lengthened by the vertebrae.
With the ratio of the filter space to the height of the spray chamber according to the invention, not only does a certain air vortex formation occur in the edge zones in the filter space, but these air vortices also propagate into the upper part of the spray chamber and cause the air flow to be intimately swirled with the water droplets from the spray . In the upper part of the spray chamber, an effect occurs which corresponds approximately to the effect of a pipe work. This significantly improves the washout effect compared to the water-soluble gases contained in the air stream and increases the efficiency of the spray chamber. In contrast, the water jet in the area of the spray nozzle should not be disturbed by these air eddies, so that its injector effect is maintained.
Only if the specified height ratio is adhered to, the injector effect is maintained in the lower part of the spray chamber and the water jet is not swirled with the air in this part.
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The axial fans installed in the outlet openings stabilize the air flow conditions prevailing in the cleaning shaft and thus largely exclude the effect of changing weather conditions. Since the axial fans are only supposed to stabilize the air exchange in the hall in connection with the thermal lift, the suction they create does not need to be great and the fan motor power remains within acceptable limits.
Finally, the arrangement of chimneys with built-in axial fans on the cleaning shafts offers the following advantage:
In the case of shafts that are open at the top and work without fans, the exhaust air still containing the remaining flue gases emerges from the factory hall in coherent clouds of smoke. These clouds of smoke can potentially cause considerable agricultural damage. In the presence of
Axial ventilators, on the other hand, transport the exhaust air, which is still very small in amount of impurities, into the air at high speed and distribute it in the atmosphere without cloud formation.
PATENT CLAIMS: l. Hall exhaust air purification system built into the roof with a spray chamber and filter room, partially protruding beyond the hall roof, in particular for halls with aluminum electrolysis ovens, characterized in that the lower part of the shaft, which is preferably rectangular in cross section, is a spray chamber with spray nozzles directed upwards and its bottom as
The collecting basin is designed with a drainage device and is provided with lateral air inlet openings at the bottom so that the upper part of the shaft, which has essentially the same cross section as the spray chamber, is designed as a filter space and at least one horizontally arranged, the entire clear cross section has a filter made of a fabric,
that a chimney is placed on the shaft, in the lower end of which a horizontal axial fan with a vertical axis is installed, that the height of the filter space is at least 0.4 times and at most 1.5 times the
Height of the spray chamber and that the horizontal cross-section of the shaft containing the spray chamber and filter space is at least 5 times and at most 25 times as large as the cross section of the
Chimney, whereby the cross-section of the room is to be regarded as the shaft cross-section, the area of the
Air flow encloses and is captured by the axial fan above the filter chamber.